Юный техник, 2015 № 04

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

ПО ПРИМЕРУ ПАРОВОЗА

«Как известно, паровозы ругали прежде всего за низкий КПД, в большинстве случаев достигавший лишь 5–6 %. Но ведь были (и есть) у паровых установок — прежде всего турбин — и свои преимущества. В топку котельной годится практически любое топливо — дрова, торф, уголь, нефть, газ… И КПД преобразования топлива в энергию можно, наверное, существенно увеличить, если использовать современные технологии.

Кстати, мой дедушка рассказывал, что во время Великой Отечественной войны многие автомобили оборудовали газогенераторами, которые вырабатывали газ для моторов при сжигании дров, древесных опилок и угля.

Учитывая, что ныне автомобильное топливо довольно дорогое, может быть, стоит вспомнить о том давнем опыте? Тем более что можно ведь использовать и беспламенное, каталитическое сжигание топлива, которое даст более высокий КПД. Еще один способ совершенствования — использование современных нанотехнологий»…

Так пишет нам из г. Пскова Евгений Коростылев. И он во многом прав. Над этой проблемой ныне задумался не только он. Например, в г. Омске изобретатель Кирилл Бузениус вместе со своим другом Дмитрием Власовым за неделю собрали газогенератор для ЗИЛа, который теперь ездит, используя дрова, сосновые и еловые шишки, уголь. Экономия получилась такая. На лесопилке друзья купили за 700 рублей 2 т древесных отходов. Этого, по их подсчетам, хватит, чтобы проехать 16 000 км. Если проделать тот же путь при заправке бензином, придется выложить около 48 000 рублей.

Причем если использовать беспламенное горение, которое происходит в результате так называемого каталитического окисления органических и некоторых неорганических веществ на поверхности твердых тел, то при этом выделяется много тепла, но появления пламени не наблюдается.

Каталитическое горение широко используется в технике, в частности, в стационарных теплоустановках. Возможно, применение этого способа в мобильных двигателях опять-таки даст повышение КПД.

А ученые Университета Райса, США, недавно представили новую технологию, которая мгновенно преобразует воду в пар при помощи солнечной энергии и наночастиц. КПД установки — 24 %. Для сравнения, фотоэлектрические панели солнечных батарей обладают, как правило, КПД 15 %. Механизм новой установки настолько эффективен, что мгновенно превращает в пар даже ледяную воду.

По мнению директора лаборатории нанофотоники, профессора Университета Райса Наоми Халас, использование новой технологии может привести к возрождению на новом уровне некоторых старых энергетических установок.

В лабораторном варианте пока эта система выглядит так. В стеклянном сосуде в воду помещают небольшое количество углерода или покрытых золотом наночастиц диоксида кремния, размер каждой из которых меньше, чем длина волны света. Эти частицы могут поглотить большую часть энергии, не распыляя ее. Частицы настолько малы, что их поверхность практически не рассеивает тепло. Поэтому, когда солнечный свет фокусируется с помощью линзы, являющейся частью установки, частицы очень быстро нагреваются и начинают мгновенно испарять окружающую их воду. При этом остальной объем жидкости сохраняет низкую температуру. Пар поднимается вверх, а наночастицы попадают обратно в холодную воду, опускаются вниз и снова начинают взаимодействовать с солнечным светом.

«Мы предполагаем, что наша разработка станет доступна для широкого использования в течение нескольких ближайших лет», — сказала Наоми Халас.

Так что, как видите, Евгений Коростылев затронул весьма важную тему. За что наш патентный совет и награждает его своим Почетным дипломом.

МАГНИТНЫЙ ЛИФТ

«Во многих странах разрабатываются проекты поездов на магнитной подушке, которые смогут развивать скорость несколько сот километров в час. И вот я о чем подумал: магниты можно приспособить для передвижения не только по горизонтали, но и по вертикали. Например, конструкция лифтов принципиально не менялась уже лет сто. Как повесили кабинку на тросы, так она и висит. Между тем ныне уж строят небоскребы высотой в сотни этажей. Это какой же длины и прочности должны быть тросы, чтобы они не оборвались под собственной тяжестью. Не пора ли отказаться от них?»

Такова суть предложения Ивана Коломийченко из г. Севастополя. И в самом деле, принципиальная конструкция лифтов не менялась около 160 лет. Есть, конечно, пневматические и гидравлические лифты, но их сравнительно мало. И вот недавно немецкая компания ThyssenKrupp представила концепт лифта нового поколения, способного перемещаться в различных направлениях без тросов и кабелей.

В основу этого проекта положена технология магнитной подвески и движения за счет использования эффекта магнитной левитации, которыми владеет компания MagneMotion, входящая в конгломерат ThyssenKrupp.

Кабины системы Multi движутся при помощи специальных магнитных двигателей, в которых использованы такие же технологии, как и в скоростном поезде на магнитной подушке. Каждая кабина системы Multi оборудована магнитным двигателем, способным обеспечить ее перемещение как по вертикали, так и в горизонтальной плоскости.

Высотное здание, в котором развернута система Multi, будет иметь не одну, а целую систему горизонтальных и вертикальных шахт. За счет того, что новым лифтам требуются шахты меньшего сечения, полезный объем здания может быть увеличен на 15–25 %. Кроме этого, использование новых легких и прочных материалов позволяет снизить вес системы Multi на 50 % по сравнению с массой традиционных лифтов.

Первые испытания системы Multi начнутся в 2016 году.

САМ СЕБЕ ГЕНЕРАТОР

«В последнее время появляется все больше источников электропитания, способных заменить привычные батарейки. Их принцип действия основан на получении и накоплении энергии от таких необычных источников, как тепло человеческого тела, движение рук или ног, звуковые и электромагнитные колебания. Самый, пожалуй, доступный и надежный альтернативный источник — тепло человеческого тела.

Кроме того, все мы практически постоянно движемся. И это движение тоже можно преобразовать в электричество. Мне, например, доводилось читать, что во многих клубах и дискотеках появились танцполы, топая по которым танцующие вырабатывают энергию для освещения зала. А если еще в кроссовки каждого танцующего вставить стельки с пьезоэлементами, которые превращают механическое давление в электричество, то одновременно люди будут снабжать энергией и свои собственные гаджеты.

Наконец, я бы предложил не упускать из вида и такой источник, как электромагнитный смог. Электрические подстанции, радиопередатчики, узлы сотовой связи буквально пронизывают пространство электромагнитными волнами. Их мощность невелика, но ее вполне может хватить для подзарядки, скажем, мобильников».

Предложения Константина Караваева из Екатеринбурга оказались, что называется, в струе научно-технического прогресса.

Так, одна из технологий компании Intel предусматривает получение энергии за счет разницы температур между человеческим телом и специальной одеждой. Инженеры Стэнфордского университета предложили улавливать энергию механических колебаний. А их коллеги из Испании научились «добывать» электричество из радиоволн. Сейчас ученые пробуют даже напрямую преобразовывать инфракрасное излучение в электричество.

Вырабатывать энергию для железнодорожных вокзалов силой собственных ног вскоре смогут и отечественные пассажиры. Сотрудники НИИ железнодорожного транспорта уже приступили к испытаниям пола специальной конструкции, генерирующего энергию. Это достигается за счет встроенных в него генераторов нажимного типа, благодаря которым электричество вырабатывается за счет движения пассажиров.

Если испытания пройдут удачно, полы-«генераторы» начнут настилать на вокзалах, станциях метрополитена, в аэропортах и других людных местах.

КОЛЕСА ВСЁ ИЗОБРЕТАЮТ

«Время от времени шины прокалываются, и тогда начинается морока со сменой колеса. Кроме того, дважды в год колеса все равно приходится менять — летнюю резину на зимнюю и обратно. А в плохих дорожных условиях приходится «обувать» колеса в цепи…

Я предлагаю оснастить автомобили универсальными колесами без указанных недостатков, например, такими, как у наших луноходов и американских марсоходов. Им никакое бездорожье не страшно».

Над этой проблемой задумался не только Алексей Пивоваров из г. Тамбова, приславший нам письмо, которое мы процитировали. В конце 2014 года германское отделение южнокорейского шинного гиганта Hankook Tire подвело итоги конкурса Reifen der Zukunft, что в переводе с немецкого означает «Шина будущего».

Победителем конкурса стал молодой азербайджанский дизайнер Самир Садыхов из концерна Volkswagen. Предложенные им покрышки для спорткаров, участвующих в ралли «Дакар», быстро адаптируются в условиях экстремального вождения за счет протектора, представляющего собой набор сцепленных между собой шестиугольных блоков. Каждый блок обладает собственным запасом воздуха и при проколе может быть быстро заменен без смены всего колеса.

Второе место занял немец Андреас Хартль, выпускник факультета транспортного дизайна Высшей школы Пфорцхайма. Его «шина с водоотводами» уменьшает риск аквапланирования — скольжения на мокрых дорогах. Происходит это с помощью специальных горизонтальных лопаток, расположенных в углублениях шины. При повороте колеса лопатки, как в турбине, направляют воду в каналы внутри шин, откуда она потом выбрасывается наружу.

Что же касается конструкторского решения, предлагаемого Алексеем Пивоваровым, то колеса для планетоходов не рассчитаны на большую скорость, а потому вряд ли устроят автолюбителей и профессионалов.